畢業(yè)設計（論文）-生姜收獲機械設計

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1、 青島農(nóng)業(yè)大學畢 業(yè) 論 文（設計） 題 目： 生姜收獲機械設計 姓 名： 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級： 日目目 錄錄 摘 要.IABSTRACT.II1 緒論.11.1 研究背景.11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3 選題的目的和意義.31.4 研究方案.32 生姜的種植農(nóng)藝及收獲機方案的選定.52.1 種植農(nóng)藝.52.2 機具方案的選定.63 懸掛架、限深輪、挖掘鏟的選定與設計.93.1 懸掛架的選定與設計.103.2 限深輪的選定與設計.123.3 挖掘鏟的選定與設計.124 傳動部件的方案選定及設計.164.1 一級傳動方案的選定 .164.2 V 帶

2、輪的設計計算 .164.3 錐齒輪的設計算. .184.4 二級傳動方案的選定.204.5 鏈輪的設計計算.204.6 導向鋪禾桿的設計.224.7 圓盤割刀的選定與設計.225 結(jié)論及建議.245.1 結(jié)論.245.2 建議.24參考文獻.25致 謝.26 生姜收獲機的設計摘 要本設計通過對目前各類型生姜收獲機械資料的查閱和研究，對現(xiàn)有的技術(shù)方案進行創(chuàng)新和改進，設計了一臺結(jié)構(gòu)簡單具有清壟和挖掘功能的牽引式生姜收獲機，這種機械可以與不同馬力的動力機械配套使用，這樣就不會造成動力機械閑置。在設計過程中，利用 ProE 軟件的三維建模，對各個部件的觀察并最終確定最佳方案。在此次生姜收獲機的設計中主

3、要完成以下的工作：完成懸掛架和鏟架以及挖掘鏟的設計計算；完成割臺傳動系統(tǒng)（皮帶輪、鏈輪、錐齒輪）的設計和計算；完成割刀的設計計算；完成整體的配置方案及裝配。 關鍵詞關鍵詞:生姜;收獲機;挖掘 The Design of the Ginger Harvester Abstract This design through the review and study the various types of ginger harvester data,innovation and improvement of the technical scheme of the existing,traction

4、type ginger harvesting machine with simple structure and Ridge Clearing and mining function design,this machine can be used with power machinery supporting different horsepower,So as not to cause power machinery idle.In the design process,using three-dimensional modeling software ProE,observation of

5、 the various components and determine the optimal scheme. Mainly completed the following work in the design of the ginger harvester:complete the suspension frame and a shovel digging shovel frame and the design calculation;To complete the cutting table transmission system (pulley, sprocket, gear) de

6、sign and calculation;complete the design of the calculation of cutting knife;complete the configuration scheme of overall and assembly.Key words: Ginger; Harvester; Mining青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）01 緒論1.1 研究背景生姜原產(chǎn)于東南亞(印度和馬來西亞一帶)熱帶雨林區(qū)的森林邊沿地帶。目前， 我國是世界上種植生姜面積最大的國家，其次分別是印度尼西亞、印度及澳大利亞等國。歐美發(fā)達國家及日本、韓國的生姜種植面積

7、在逐年減少，但對生姜的需求卻越來越旺盛，這些國家年需求量在 400 萬噸以上，且每年以 20% 以上的速度增長。由于生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因，目前，全球生姜年生產(chǎn)量在 2500 萬-2800 萬噸,市場需求缺口很大。生姜作為我國重要的蔬菜品種，具有良好的藥用和食用價值，其在我國的栽培歷史悠久，種植范圍很廣，目前已形成許多著名產(chǎn)區(qū)，除東北、西北等寒冷地區(qū)不種植外，在我國的中部、東南部至西南部的各地區(qū)均有生姜產(chǎn)區(qū)。且以南方諸省居多。自98 年以來， 國際的生姜市場日趨活躍，呈現(xiàn)出供不應求、價格堅挺之勢。 其中對中國的生姜需求逐漸增大。目前，因日韓美等國家對中國生姜需求旺盛，使得農(nóng)民的種姜積極性

8、增加，2011 年全國各地的生姜種植面積都有不同程度的增加。經(jīng)初步估算，2011 年全國的生姜種植面積要比 2010 年多 40左右。以山東部分地區(qū)為例，其生姜種植面積比 2010 年增加了 50左右，全國各個生姜主產(chǎn)區(qū)的生姜種植面積都有不同程度增加，其產(chǎn)量增加了不少。在 隨 著 生 姜 種 植 面 積的不斷增加，以往傳統(tǒng)而落后的人工收獲方式已經(jīng)不能滿足當前的生姜收獲的要求，因此生姜收獲作業(yè)的高效性研究已經(jīng)迫在眉睫。生姜種植農(nóng)業(yè)機械化水平的高低會直接影響到生姜種植也在我國的發(fā)展，因此我們要抓緊對生姜收獲機械的研制。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀隨著改革開放政策的實行，國內(nèi)特種農(nóng)

9、業(yè)也在飛速的發(fā)展，以往的生姜只會被人當成是一種調(diào)味蔬菜，現(xiàn)在生姜的經(jīng)濟性已經(jīng)逐漸被人所認可。在隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)量生姜品種研制的成功，使得現(xiàn)在生姜畝產(chǎn)量不斷提高，所以在全國的各個青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）1地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點漸漸的成為了這些農(nóng)民家庭的最主要經(jīng)濟收入方式和新的致富之路。由于國內(nèi)生姜機械行業(yè)起步晚，導致了生姜種植及收獲機械化程度很低，這嚴重拖慢了生姜種植產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展速度。國內(nèi)生姜收獲機械主要分為兩大類、三種型式。其中的一類是挖掘類，另一類是提拉秧類。挖掘類機械在生姜收獲時，如果種植生姜的土壤過干，這樣挖

10、掘鏟的工作阻力會很大，這樣挖掘的效果就會很差，這樣人工后期的作業(yè)時會造成姜塊的損壞和姜塊不能收獲的困難，如果土壤濕度過大收獲機械在行走時會變的很困難，挖掘鏟的阻力變大挖掘效果變差；提拉秧類機械受土壤的干濕度的影響不是很大但主要會受到生姜的種植密集度的影響較明顯，姜苗種植的過密、過疏或者是疏密不均等問題，都會影響收獲效果1。盡管現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有了不少形式的生姜收獲機械，但是國內(nèi)技術(shù)并不成熟，現(xiàn)有的機械并不能對生姜收獲作業(yè)達到全機械化，大部分收獲工作還是需要人工去完成。這樣農(nóng)民的收獲勞動強度并沒有減少，而且還會導致收獲時間長和收獲效率低等問題, 而且人工作業(yè)的隨意性使生姜莖塊的損失率、破碎率較高,

11、不利于生姜的貯存。因此, 急需改善和創(chuàng)新新生姜收獲機械以解決目前國內(nèi)生姜收獲存在的不足。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 生姜受生長環(huán)境以及種植農(nóng)藝的影響導致它多分布于亞熱帶地區(qū)的國家，如中國、印度、東南亞的一些國家。國外從 20 世紀 40 年代開始根莖類作物收獲機械的研究, 如美國、德國、日本、法國、意大利等發(fā)達國家均研制出了不同的收獲機械?，F(xiàn)已實現(xiàn)對長根作物( 蘿卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋蔥等) 的機械化收獲，國外的根莖類作物收獲機械正向大型化、機電一體化、智能化, 更可靠、更安全的方向發(fā)展。一些發(fā)達國家不斷將高、精、尖技術(shù)應用到農(nóng)業(yè)機械上來, 農(nóng)業(yè)機械正向智能化方向發(fā)展2

12、。 針對國產(chǎn)機型存在的不足之處，和對發(fā)達國家先進技術(shù)的借鑒，本次設計的生姜收獲機通過添加清壟功能和運用輪叉式挖掘鏟來解決上述問題，在保證機具達到所需工作標準，同時，要保證該機型的價格較為低廉，操作簡便，通用性好等特點。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）21.3 選題的目的和意義 目的：在隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高產(chǎn)量生姜品種研制的成功，使得現(xiàn)在生姜畝產(chǎn)量不斷提高，所以在全國的各個地區(qū)生姜種植的面積在逐年增大，并且以生姜種植的周期短、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點漸漸的成為了這些農(nóng)民家庭的最主要經(jīng)濟收入和一條新的致富路。但目前，國內(nèi)生姜收獲不能達到機械化的程度，這就很大程度上阻礙了生姜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展3。為了

13、適應農(nóng)業(yè)發(fā)展，此次畢業(yè)設計，通過借鑒現(xiàn)有生姜收獲機械，對機具簡化改進降低機具成本，并且提高生產(chǎn)效率高,節(jié)省勞動力,降低收獲成本,增加產(chǎn)量。意義：目前國內(nèi)生姜種植面積比較分散, 種植農(nóng)藝參差不齊, 這既影響了生姜產(chǎn)量的提高, 也不利于生姜收獲的機械統(tǒng)一化。生姜收獲時勞動強度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實塊莖破碎量大等農(nóng)藝問題亟待解決4。 改進后的生姜收獲機械簡化了機具并且簡化了工作過程， 能減生姜姜塊的破碎率，由于機械的結(jié)構(gòu)簡單，所以生產(chǎn)造價低廉，并且機具的生產(chǎn)效率高，通用性良好可以與家用拖拉機配套使用。1.4 研究方案研究內(nèi)容：本課題針對目前現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過對傳統(tǒng)收獲機械的革新，提供一

14、種能夠減輕人的勞動強度，提高工作效率，并且能適應不同地域工作環(huán)境，收獲效果好的生姜收獲機械。 研究目標：本次設計的生姜收獲機主要由松挖裝置、切割裝置、和傳動裝置等部分組成。挖掘鏟的挖掘深度可以通過限深輪來調(diào)節(jié)而割刀的切割高度通過割刀高度調(diào)節(jié)桿裝置來實現(xiàn)，從而使機具可以適應不同的種植農(nóng)藝方式。研究方法： 充分了解現(xiàn)有的生姜收獲方式的優(yōu)缺點，總結(jié)經(jīng)驗，克服不足。設計一種結(jié)構(gòu)簡單而且可以與拖拉機配套使用，能適應不同的工作環(huán)境的生姜收獲機械，從而減輕農(nóng)民購買時的經(jīng)濟負擔和生姜收獲時的勞動強度，并且提高生姜收獲作業(yè)的效率。設計過程中要用到農(nóng)業(yè)機械學、機械制造、機械設計、材料力學、動力傳動裝置設計等課青島

15、農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）3程方面的知識。技術(shù)路線： 調(diào)查研究資料寫出開題報告確定總體方案機架、輪子和輪叉鏟等的裝置設計傳動設備計算選型切割裝置整體方案設計繪制生姜收獲機總裝圖及零件圖撰寫設計說明書 擬解決的問題：主要解決生姜收獲作業(yè)時勞動強度大，效率低，工作過程繁瑣，作物果實塊莖破碎量大，以及生姜收獲機具的造價太高機具的閑置的等問題。特色與創(chuàng)新點：本次設計的生姜收獲機，相對以往的傳統(tǒng)收獲機械來說結(jié)構(gòu)更簡單，生產(chǎn)造價更低廉，可以與家用手扶拖拉機配套使用。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）4 漏姜：漏姜是在生姜收獲作業(yè)過程中的被遺漏在土壤之中并沒有被收獲的姜塊，造成漏姜的

16、最主要原因是生姜收獲機械在挖掘作業(yè)時挖掘鏟入土角度和入土深度并沒有達到收獲挖掘入土深度和挖掘?qū)挾? 生姜種植農(nóng)藝和收獲機具方案的選定2.1 種植農(nóng)藝(1)生姜的種植特征生姜在全國各地由于種植環(huán)境的不同種植方式也有區(qū)別。在通常情況下，姜塊可以長出的根最多不會超出 10 根一般都是 7-9 根。生姜的根系由于吸水和吸肥的能力不是很好的原因它的根系并不會入土很深，當生姜的根入土超過 30cm 的時候并不能對水肥吸收。 圖 2-1 生姜農(nóng)藝特征(2)收獲要求1） 為了保證生姜能夠全部被挖出或者松土，各個挖掘鏟的入土深度和挖掘?qū)挾榷家_到要求（挖掘深度為 30cm，挖掘?qū)挾葹?40cm） ，如果入土深度

17、和寬度不能達到要求，就會對姜塊造成損壞和漏挖。2）生姜漏姜率及損傷率 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）5要求，這樣就會使得后續(xù)人工作業(yè)的勞動強度增大而且還會增加生姜收獲的損傷率。漏姜量的比例一般少于產(chǎn)量的 2%。 損傷：損傷是指在收獲過程中那些破損的姜塊，一般是機具在收獲過程中沒有達到收獲要求是造成生姜損傷的主要原因，后續(xù)人工收獲時對姜塊早造成的人為損壞也是造成損傷的一部分原因。生姜損傷率一般也要小于產(chǎn)量的 2%。2.2 機具方案的選定2.2.1 方案參考 此次設計的設計方案的選定是通過對目前現(xiàn)有幾種生姜收獲機械的調(diào)研，參照自己的設計方案的要求，對比各個的優(yōu)缺點來實現(xiàn)機具的設計。

18、圖 1 4JZL-2 生姜收獲機1、發(fā)動機 2、變速箱 3、皮帶輪 4、液壓操縱機構(gòu) 5、油缸 6、橫拉桿7、松土鏟 8、限深輪 9、支架 10、支撐履帶 11、支重輪 12、護板13、驅(qū)動輪 14、機架總成 以下是三種不同形式生姜收獲機具的結(jié)構(gòu)簡圖和性能分析：青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）6該機整體設計思路新穎、性能穩(wěn)定、操作方便、損失率小及作業(yè)成本低 （1）工作原理：通過松土裝置使生姜的底部和四周的土壤松動，再用人工方法使生姜拔出地面，減輕了勞動強度，使用操作容易，生產(chǎn)效率提高 （2）性能分析：通過在類似于手扶拖拉機行走系統(tǒng)的基礎上來加掛生姜的挖掘系統(tǒng)制成的。自身采用了履帶式

19、行走機構(gòu)，其優(yōu)點在于既增大了牽引力，又增大了離地間隙。此設計比較適合高壟作物田間作業(yè)?？梢酝瓿蓪菜?34 天后的生姜進行挖掘收獲5。 工作原理：手扶拖拉機前進時,可先由立式割臺將姜苗切除, 并傳送到一側(cè)清壟, 隨后由環(huán)形深松犁將地下生姜根莖松挖, 生姜塊被整體移出土而不被翻動,保證了生姜塊的完整性。 性能分析： ， 主要是可以完成清壟作業(yè)，符合這次設計的要求，故此次設計以此機型為原型。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）7方案的選定及機構(gòu)工作原理 圖 3 日產(chǎn)生姜收獲機 1. 驅(qū)動輪 2. 機架 3. 發(fā)動機 4. 撥禾輪 5. 分禾器 性能分析 ： 該機為自驅(qū)動型收獲機，集收獲、割

20、秧于一體，其機架前端連接有撥禾輪，分禾器位于撥禾輪下方，由機架上的發(fā)動機提供動力，驅(qū)動各部件運動。2.2.1 工作原理 ： 該機具是由日本人藤木、弘羲于 1 9 9 1 年 申請的專利，生姜收獲機沿著生姜種植行前進, 分禾器首先將生姜莖稈導人撥禾輪, 然后由撥禾輪將生姜莖稈喂人夾持帶, 再由撥禾輪后端的莖稈切割裝置將秧切去并輸送到機器側(cè)面, 隨著夾持帶的運動和機器的前進, 夾持帶將生姜莖塊從地下拔出,從而完成生姜收獲。 通過對國內(nèi)外資料的查閱以及結(jié)合本次設計的中心思想確定本次設計的生姜收獲機械為牽引式的，結(jié)構(gòu)簡圖和工作原理如下:青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）8 圖四 生姜收獲機結(jié)

21、構(gòu)簡圖 1.輪叉鏟 2.限深輪 3.懸掛架 4.選用的手扶拖拉機 5.割刀 6.導向鋪禾桿 整個裝置分為兩個部分，前邊的為切割裝置、后方的是挖掘松土裝置。動力是由手扶拖拉機提供，動力機械的行走帶動挖掘裝置前行，輪叉鏟與地面呈一定的角度插入土壤中，輪叉鏟的轉(zhuǎn)動可以對生姜起到挖掘和松土的作用。輪叉鏟的工作深度是由位于它前方的限深輪來控制（限深輪的高度可以調(diào)節(jié)） ，輪叉鏟的收起放下可以通過機架上方的伸縮調(diào)節(jié)裝置來手動調(diào)節(jié)。前端發(fā)動機動力輸出軸的轉(zhuǎn)速通過三級減速將動力傳給割刀使其轉(zhuǎn)動完成對姜桿的切割作業(yè)，被割斷的姜桿經(jīng)機構(gòu)最前端的導向鋪禾桿引導倒向姜壟的兩側(cè)。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文

22、）9懸掛架是挖掘裝置實現(xiàn)作業(yè)要求的重要部件，此次懸掛架的設計要滿足限深輪的懸掛，輪叉鏟的懸掛和收放以及與動力機械的連接，而且還要做到整體結(jié)構(gòu)要簡單、受力變形小、抗振性能好，此外在滿足以上要求的情況下機架的質(zhì)量要盡量的輕，結(jié)構(gòu)設計要合理以便生產(chǎn)鑄造、焊接和便于機架的組裝維修等6。 3 懸掛架、限深輪、挖掘鏟的選定與設計3.1 懸掛機架的選定與設計在機架的形狀設計方面，懸掛機架上設置有兩組鉸連接，一組是固定鉸連接另一組是提升鉸連接，固定鉸連接是懸掛機架與動力機械固定連接的以便實現(xiàn)挖掘鏟的工作，提升鉸連接是與伸縮桿連接實現(xiàn)懸掛機架的收起和放下，在懸掛機架的兩邊有限深輪及挖掘刀的固定裝置，可以實現(xiàn)挖掘

23、深度的調(diào)節(jié)及定位。在本次設計中，因懸掛機架受力并不大且需焊接部分較多，故不選用鑄造的方式，同時，考慮周期，重量成本等原因，懸掛機架多采用焊接方式連接,通過查閱相關資料選擇 Q235B 為此次機架材料。 圖 3-1 懸掛架青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）10此次設計的限深輪是由鋼板卷制通過焊接方式制成，焊接而成通過調(diào)整位于調(diào)整桿上的螺母可改變限深輪的入土深度，限深輪的最大垂向可調(diào)距離為 150mm，為避免對壟局部施壓過大，并能保證限深輪的順利滾動，限深輪自身的直徑不應過小，本設計選取為 200mm。3.2 限深輪的選定與設計限深輪是控制輪叉鏟入土深度和保持機架和動力機械在同一水平直線

24、上運動的重要部件。由于限深輪與直接地面接觸這樣可以減輕懸掛架鉸連接處的剪切力。在此次設計限深輪的過程中要注意一下兩個方面，一方面在限深輪和土壤之間不能有滑動，相對滑動會增大挖掘阻力而且會影響到輪叉鏟的挖掘效率；另外一方面限深輪的高度要合理如果與地面壓力太大會造成土壤的壓實從而影響輪叉鏟在生姜收獲作業(yè)時的挖掘松土性和碎土的效果。 圖 3-2 限深輪青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）113.3 挖掘鏟的選定與設計挖掘鏟的設計過程中不能只考慮理論狀況要理論聯(lián)系實際，比如說挖掘鏟作業(yè)過程中會有雜草石塊等雜物，雜草會與挖掘鏟發(fā)生纏連導致挖掘鏟不能達到挖掘要求，而石塊會與挖掘鏟發(fā)生剛性碰撞會導致

25、挖掘鏟破損從而影響挖掘作業(yè)。此次挖掘鏟的設計要完成挖掘姜塊時避免對姜塊造成機械的損傷，挖掘鏟在收獲作業(yè)的過程中克服各種阻力時所需要的工作動力要少，可以在不同的環(huán)境下比如在不同土壤中圓滿的完成挖掘收獲作業(yè)任務。要達到以上的各個方面的要求這就使得挖掘鏟設計時的結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)的設計計算顯得尤為重要。農(nóng)業(yè)作業(yè)中運用到的挖掘鏟形式各種各樣，挖掘鏟在工作過程中與連接件可不可以有相對運動將挖掘鏟分為固定式、回轉(zhuǎn)式和復合式三種7。常見的固定式挖掘鏟的結(jié)構(gòu)形式如圖： 圖 3-3 常見固定式挖掘鏟三角形平面鏟的特點是由于挖掘鏟前端呈錐狀所以它入土能力強入土阻力小，為了防止雜草的纏連其鏟面角度要小于 120 ；

26、這種鏟也存在塊莖的測漏問題，由于鏟面o過平導致了它的碎土能力很差，而且由于鏟面過大其入土深度不宜過大，當挖掘量變（1）三角平面鏟 （2）曲面鏟 （3）條形平鏟 （4）帶圓犁刀的曲面鏟 （5）組合式鏟（6）帶分離柵的曲面鏟青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）12大是三角鏟容易擁堵，增加挖掘阻力。條形平鏟特點是不易產(chǎn)生遺漏塊莖現(xiàn)象，適宜于土壤粘度較小的土壤，但入土較難，容易發(fā)生產(chǎn)草現(xiàn)象，碎土能力較弱，擁堵現(xiàn)象較嚴重。多片鏟特點是它是對三角平面鏟的改進設計，收獲效率較高，不易發(fā)生遺漏現(xiàn)象，入土比較容易，適用于挖掘深度不大的塊莖類作物的收獲，也存在著碎土能力不強的特點，出土量較大、易產(chǎn)生擁堵現(xiàn)

27、象。凹面鏟的特點是入土性能較好，可以使土壤發(fā)生變形斷裂，因此具有一定的碎土能力，但碎土性能較凸面鏟差一些?？紤]到生姜的種植農(nóng)藝的，要求生姜收獲機械的挖掘深度較深，寬度較大，工作時需要移動大量的土壤，而以上的常見的挖掘鏟入土能力、碎土能力、挖掘深度都不能達到生姜收獲農(nóng)藝的要求，如果要達到以上農(nóng)藝的要求則挖掘鏟需要做的很大這樣就會很笨重浪費材料，而且鏟面太大的話在挖土量大的時候都易發(fā)生擁堵就增加了牽引阻力8。為了減少對泥土的攪動以及功率的損失，本次設計采用下圖的結(jié)構(gòu)進行設計。 圖 3-4 輪叉式收獲鏟示意圖 輪叉式挖掘鏟優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝少，而且能達到生姜收獲時的農(nóng)藝要求9。 輪叉式挖掘鏟主

28、要設計參數(shù)有：入土傾角（安裝角度）；鏟的直徑 L。 （1）入土傾角 根據(jù)生姜的種植農(nóng)藝可知 cm，H=40cm ；1L30青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）13 所以 tg=/H=0.375 ；2L1 ；1tg020 則；00170-90 考慮到生姜種植過程中姜苗與中心線的偏離度和拖拉機操作員的操作熟練程度，取 65 （） 。0065 （2）鏟的直徑 L 由生姜的種植農(nóng)藝可知 Lcm；230 所以 cm；60cos/302L2 由于此輪叉鏟的主要目的是為了松土及提拉生姜的目的，并不是為了將生姜完全從土壤中翻出，所以鏟的末端并不需要完全達到生姜最大種植深度，而且如果直徑 L 過大會對輪

29、叉鏟的制造工藝、熱處理工藝，提出很高的要求，而且叉指在工作中很容易發(fā)生變形或者斷裂，所以 L 取 50（L=50cm） 。 圖 3-5 輪叉鏟 在挖掘鏟的入土過程中，不同材質(zhì)的金屬與土壤之間所產(chǎn)生的摩擦力也打不相同，因此，挖掘鏟材質(zhì)的選擇對其剛度、結(jié)構(gòu)及工作性能有重要影響。通常來講，挖掘鏟整體表面磨損導致其發(fā)生的幾何形狀的改變是用來衡量其剛度的重要因素之一，這就青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）14對挖掘鏟材質(zhì)的剛度有較高要求。在進行挖掘的過程中，挖掘鏟會與埋在地下的石塊以及其它較硬的物質(zhì)發(fā)生碰撞，這就可能導致鏟刃的開口損傷， 。挖掘鏟工作過程，入土的挖掘鏟的各種材料和金屬之間的土地

30、產(chǎn)生的摩擦力相同的，所以在選擇材料上挖掘鏟的韌性，結(jié)構(gòu)和性能有一個顯著的影響。一般情況下，導致其形成的磨損挖掘鏟幾何體的總面積的測量是在剛度的重要因素，挖掘鏟剛性有更高的要求的變化。在挖掘過程中，用鏟子挖在地面上用石頭等硬質(zhì)材料碰撞，從而導致?lián)p害挖掘鏟破損，而且輪叉鏟的工作方式就決定了鏟指所受的各個方向應力都會很大，所以，挖掘鏟的材質(zhì)選擇既要具有很高的的柔韌性，而且剛度要求也要很高。 綜上所述，挖掘鏟應具有可靠的剛度及柔韌性，很高的剛度要求，要便于加工制造，綜上所述要求，通過查閱資料選用 Q390 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼進行生產(chǎn)制造10。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）15 由于此次設

31、計的生姜收獲機械是牽引式的，后方挖掘裝置的工作動力是由拖拉機行走提供而前方割臺圓盤割刀的的工作動力來則自于配套拖拉機械的發(fā)動機，一般情況下的拖拉機的動力傳遞都是是通過 V 帶輪實現(xiàn)的，所以此次割臺的動力傳遞的一級傳動部件選擇 V 帶輪。發(fā)動機的動力通過 V 帶輪的傳遞后要實現(xiàn)圓盤割刀的工作轉(zhuǎn)動則需要動力的換向傳遞，一般來說動力換向機構(gòu)有兩種，其中一種是錐齒輪傳遞，另外一種是渦輪蝸桿 P 所需要傳遞的額定功率，KW。計算功率 P是根據(jù)傳遞的功率 P 和帶的工作條件確定的；ca傳動部件的方案選定與設計 44.1 一級傳動部件的選定傳遞。渦輪蝸桿傳遞比較平穩(wěn)可以實現(xiàn)不傳動比的傳遞，但是渦輪蝸桿的傳遞

32、機械效率很低而且對材料的耐磨性要求很高，而先對與渦輪蝸桿傳遞來說錐齒輪傳遞方式相對較廉價一點而且傳遞效率較高，所以此次設計選用錐齒輪來實現(xiàn)動力換向傳遞12。4.2 V 帶輪的設計計算（1）計算功率 Pca P=K P ； 公式（4-1）caA式中：P計算功率，KW；ca K 工作情況系數(shù)；A 通過查表可知 K =1.2，而本次設計的生姜收獲機為牽引式，而且切割臺結(jié)構(gòu)較A簡單，所以割臺的設計計算只是通過滿足一般通用拖拉機傳動要求從而實現(xiàn)生姜收獲機的廣泛配套使用，通過查閱資料可知手扶拖拉機的額定功率一般為 P=5KW，則 P=6KW。ca（2）選擇 V 帶的帶型 V 帶的帶型選擇是可以根據(jù)所計算的

33、功率 P和小帶輪轉(zhuǎn)速 n 來確定的，因為割ca1刀的轉(zhuǎn)速是直接通過發(fā)動機傳遞過來的并沒有進過變速箱減速，一般拖拉機的發(fā)動機標定的轉(zhuǎn)速是 2200r/min，所以通過查表選擇 A 型 V 帶輪。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）16 i 傳動比較大會減小帶輪的包角 ，當帶輪的包角減小到一定的程度時，帶傳動就會打滑，從而無法傳遞規(guī)定的功率。因此，帶傳動的傳動比一般為 i7,推薦值為 i=25。這里選擇 i=2.5。 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等。V20m/S 時，HT150，20-30m/S 時 HT200，35m/S 直徑較大，功率較大時用 35 鋼和 40 鋼。高速小

34、功率用工程塑料。批量大時，可用壓鑄鋁合金或其它合金。根據(jù)公式；計算中心距及其變動范圍一般初選帶傳動的中心距為 確定中心距,并選擇 V 帶的基準長度 Ld（3）計算大帶輪的基準直徑 d2d d=id 公式（4-2d1d2） 式中：i傳動比； d小帶輪基準直徑。1d d一般為小帶輪的基準直徑這里為所配套的拖拉機帶輪基準直徑。通過確定的 V1d帶帶型以及查表選擇確定 d=250mm。2d（4） 0.7（d+d）2(d+d)， 公式（4-1d2d01d2d3） 這里取 400mm。0 L2+（d+d）+ 公式（4-0d021d2d02124d）（ddd4） L1398mm，通過查表加以適當調(diào)整取 L

35、=1400mm。0dd （5） 傳遞的實際中心距近似為 公式（4-2L0d0dL5） 考慮到由于在帶輪的生產(chǎn)制造加工過程中會存在制造誤差，而且 V 帶在生產(chǎn)制造過程中也會存在制造誤差，以及 V 帶的彈性會因為帶在工作過程中長期受力而導致變差從而 V 帶變的松弛從而產(chǎn)生的補充緊張的需要，中心距的變動范圍 =-0.015L =393.1 公式（4-mind6） （6）帶輪的材料選擇 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）17 由于小齒輪在動力傳遞過程中轉(zhuǎn)速較大受力大故選用40（調(diào)質(zhì)處理）為制造材料，cr齒面硬度為280，因為大小齒輪之間要存在齒面硬度差，所以此次大齒輪的制造材HBS料用45鋼

36、（調(diào)質(zhì)處理） ，而大小齒輪齒面硬度差一般為40時最合適合適，所以齒面HBS硬度為240?？紤]到此次割臺的動力輸出不是很高只負責切割作業(yè)，對部件轉(zhuǎn)速要HBS求不高所以選用8級精度13。 v= 公式（4-100060dn7）v3m/S，因為轉(zhuǎn)速并不大所以選擇 HT150 作為帶輪的制造材料。4.3 錐齒輪的設計計算由于前面已經(jīng)確定了經(jīng)過 V 帶輪傳遞來的動力選擇錐齒輪為實現(xiàn)動力換向傳遞的部件，而且通過計算得到大帶輪傳遞過來的轉(zhuǎn)速 n =880/min，則定 n =440r/min,輸出12的傳動比為 i=2。（1）錐齒輪的制造材料和材料的處理方式小齒輪的齒數(shù)取=18，根據(jù)齒輪傳動比 i=2 可以得

37、到大齒輪齒數(shù)=2xZ =36，通過1Z2Z1查可得齒輪的彎曲疲勞強度，取彎曲疲勞壽命系數(shù)，0.88，取Mpa400F2lim2FNK彎曲疲勞安全系數(shù)=1.4，則彎曲疲勞許用應力S 公式（4-MpaSFKFSFKFFNFN42.2514004 . 188. 0Mpa86.2424004 . 185. 02lim221lim118）（2）齒輪疲勞強度設計 齒向載荷分配系數(shù)，為軸承系數(shù)，通過查表計be1.5HFHKKKbe1.1HKbeHK 直齒錐齒輪載荷系數(shù),使用載荷系數(shù)=1，動載荷系數(shù)=1.1,齒間AVKK K K KKKV載荷分布系數(shù)。1HFKK青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）18

38、大齒輪的數(shù)值較大，代入計算為錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)，最常用的值R1/3R依據(jù)當量齒數(shù)查表可得齒形系數(shù)，和應力校正系數(shù)，F(xiàn)YSY小齒輪2.80，=1.55；大齒輪2.22，=1.77FaYSaYaFYSaY算可得載荷系數(shù)1 1.1 1 1.5 11.815K 1）計算轉(zhuǎn)矩輸入功率P=5KW 公式（4-mmNnP.1007.885405109550109550T331319）2）計算分度圓錐角 公式（4-oooooZZ43.6357.26909057.263618arctantanarc1221110）3）計算當量齒數(shù) 公式（4-80cos20cosZZ221111VZZV11）（4）計算模數(shù)計算大

39、小齒輪 公式（4-01562. 042.25177. 122. 2Y01787. 0242.82.55180. 2Y2Fa1FaFSaFSaYY12） 公式（4- 322214(1 0.5)u1FaSmFRRY YKTmz13）青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）19對的直齒錐齒輪，,由齒輪材料，齒輪硬度查表可得20o2.5HZ，1920HMpa驗算輪齒接觸疲勞強度驗算輪齒彎曲疲勞強度計算分度圓直徑、外錐距R可得，3.54mm 計算大端模數(shù) 公式（4-4.241 0.5mRmm14）查表可得m=4.55） 公式（4-mmmZdmmmZ162365 . 481185 . 4d221115

40、） 公式（4-2214.51181.5173.0122mRZumm 16）（6） 計算齒寬，齒輪的圓周速度 ，mmRR05.273/01.73b齒寬中心處直徑，則圓周速度11(1)81 (1 0.5 1/3)67.5mRddmm 公式（4-1167.5 5401.907/60 100060 1000dm nvm s17）由表可知，選擇8級精度合適14。（7） 公式（4-MpaZm46.138185 . 405.2757. 172. 21007.88815. 12bYKT2F23121F1118）， ，故安全。MpaF57.30311F1F（8）青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）20小

41、鏈輪齒數(shù) Z1少，可以減小外廓尺寸 ，但是如果小鏈輪的齒數(shù)過少，那么鏈輪在動根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳動的功率修正為當量單排鏈的計算功率 K 工況系數(shù)；A K 主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)；Z 公式（4-11235912(1 0.5)1RRKTHZEMpaHdu19）故安全。4.4 二級傳動部件的選定4.5 鏈輪的設計計算從錐齒輪傳遞出的轉(zhuǎn)速 n2=440r/min, 切割刀旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速 n3=300r/min, 輸入功率P=5KW,，傳動比 i=1.5（1）鏈輪齒數(shù) Z1和 Z2力傳輸運動過程中不均勻性會大大的增加而且其承受的動載荷也相應的增大這就對它的制造工藝有很高的要求

42、 從而加大了加工生產(chǎn)難度；而且鏈條在轉(zhuǎn)動過程的嚙合進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大；鏈傳動的圓周力增大 ,從整體上的加速鉸鏈和鏈輪的磨損。鏈輪的最少齒數(shù)，一般，由于并不是高速傳動所以在這里min9z117z 選擇=17，則根據(jù)傳動比,可得=25。1Z12iZZ2Z（2）計算功率caP 公式（3-PKKKPZAcaP14）式中： 為了避免機具在工作時出現(xiàn)彈性滑動和整體打滑的現(xiàn)象，在第二級傳動中選擇鏈輪作為傳動部件。并且鏈傳動還能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高的；鏈條并不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；同時鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小

43、，結(jié)構(gòu)較為緊湊15。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）21 通過查表選擇油池潤滑或油盤飛濺潤滑方式。為了避免使用過渡鏈節(jié)，將計算出的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)這里取=84。0pLpL選擇鏈條型號和節(jié)距計算鏈速v，確定潤滑方式 K 多排鏈系數(shù)；P P 傳遞的功率，KW。 通過查表可知 K =1.1 主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，由于中心距大，傳動比小，A44. 1Kz選 擇大節(jié)距的單排鏈，則 P=8.227KW1KPca（3） 根據(jù)功率=8.227KW 以及主動鏈輪的轉(zhuǎn)速 n =440r/min,通過查表得鏈條型號為caP216A 和節(jié)距 p=25.4mm（4）初選中心距=（3050）p ，根據(jù)工作狀況的要

44、求以及鏈傳動的中心距不可以調(diào)0整，初選中心距=800mm則鏈節(jié)數(shù)0 公式（3-5 .84)2(22L02122100ppZZZZp15）鏈傳動的最大的中心距為： 公式（4-1122af pLpzz22） 通過查表可知中心距的計算系數(shù)0.2498，將各項系數(shù)的值代入可1f799.5mm，從而可知選擇的中心距是合適的。oa （5） =2.3m/s 公式（4-100060v11pnz23） （6）計算壓軸力FP計算鏈節(jié)數(shù)和中心距青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）22 公式（4-1.05 10001590FPPFpKFeNv24）4.6 導向鋪禾桿的設計導向鋪禾桿位于機架的最前方，它是能不能

45、完成生姜清壟工作的最重要部件。由于受生姜的種植農(nóng)藝要求的影響，本次設計的導向鋪禾桿設計在割刀的左右兩邊各一個，而且考慮的到機械的配套使用，導向鋪禾桿設計成長度可調(diào)節(jié)式16。導向鋪禾桿的前端通過焊接的方式固定，由于考慮后方如果也用到焊接的方式可能會影響鋪禾桿長度調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)所以導向鋪禾桿的后方選用螺栓固定的方式。下圖為導向鋪禾桿結(jié)構(gòu)圖: 圖 4-1 導向鋪禾桿 4.7 圓盤割刀的選定與設計圓盤割刀的刀片形式一般情況下有光刃刀片和齒刃刀片兩種。光刃刀片的結(jié)構(gòu)相對其他的刀片形式較簡單，而且在割刀工作時它的阻力也比其他的刀片小，但是其工作效果較差對轉(zhuǎn)速要求較高。而相對來說齒刃刀片的工作效率高環(huán)境適應

46、性更強，所以考慮到生姜種植的特殊性和本次設計機具的轉(zhuǎn)速不是很高等因素此次設計選用齒刃刀片17。割刀的在工作過程中，其底面與被擠壓的禾桿摩擦，所以比側(cè)面要磨損的快，又青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）23因莖桿難免要刀刃反復摩擦，這樣刃口很容易出現(xiàn)圓角而被磨鈍。研究表明，在軟的（彈性的）被切割的材料中包含著硬的夾雜物，一些來自被吸留的礦物微粒，如大多數(shù)的植物組織里包含有氧化硅晶體，而在植物的表面，則有對于刃口材料起著磨料作用的石英微粒。利用刃口表面對于支撐原件及被切割材料之間的摩擦，可以控制它不同位置的磨損速率，并可以利用這個工作過程中的影響來改變?nèi)锌诘男螤?，以達到自磨銳的目的18。

47、由于刀的幅寬為 300mm，受力強度較大，故其制造材料采用 45 號鋼，表面采用滲硼的化學熱處理的方法，硼的滲層厚度為 0.080.15mm,這樣可以使得刀片刃口的側(cè)邊得到一定程度的硬化，經(jīng)實驗證明：刀片的側(cè)邊和頂面存在硬度差時，可以利用莖桿對他的摩擦，使其頂面的磨損速率大于側(cè)邊的磨損速率，從而推遲刃口圓角的出現(xiàn)以達到自磨銳的目的。青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）24針對本次對塊莖類作物收獲機的設計，有以下建議： 5 結(jié)論及建議5.1 結(jié)論 本次設計通過對國外生姜收獲機械化現(xiàn)狀的調(diào)研，以及結(jié)合對我國國內(nèi)生姜收獲機械在工作過程中優(yōu)缺點的分析，此次論文要設計一種即能完成對生姜割秧清壟又

48、能對姜塊進行松土挖掘的牽引式的生姜收獲機，并對其進行設計、分析、計算。在設計過程中要能實現(xiàn)收獲機具與動力機械的配套使用，而且還要保證其造價低廉，便于維修和保養(yǎng)。本次所設計機型是牽引式機具，構(gòu)造簡單，此機具作業(yè)時所消耗的功率小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作效率高，作業(yè)時姜塊的受損率低，能夠大大的降低農(nóng)民的勞動強度，而且此機具是與動力機械配套使用，不用時可以拆卸存放這樣就不會造成動力機械在生姜種植以及其他季節(jié)的閑置浪費。該設計做出了以下結(jié)論： (1)犁出裝置中并沒有采用以往的三角鏟而是選擇輪叉式收獲鏟，輪叉式收獲鏟與地面呈很大的角度，叉鏟很容易叉入土中，叉指可以將姜塊托起和松土的作用。 (2)割刀的工作動力由發(fā)

49、動機提供，通過兩級傳動帶動割刀旋轉(zhuǎn)，割臺在割斷姜秧的同時進行清壟，保證割斷的姜秧不會影響動力機械的行走以及輪叉鏟的入土。5.2 建議雖然順利的完成了設計，但是由于設計經(jīng)驗和設計視野上的不足，此設計存在著很多的不足。如：輪叉鏟工作時與地面的傾角大小，并不是通過實驗得出的最佳入土傾角；在圓盤割刀旋轉(zhuǎn)速度的確定上，也不是根據(jù)實驗求得對姜秧切割的最佳轉(zhuǎn)速等。 (1)在通過實驗求得最佳轉(zhuǎn)速后，可以考慮降低傳動比從而減小鏈輪的中心距來減小割臺尺寸這樣就可考慮加掛割臺和犁出裝置，使其能夠同時進行多行收獲。 (2)為了達到更好的清壟目的可以考慮在導向鋪桿和割刀的中間加一個撥禾輪。 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科

50、畢業(yè)設計（論文）25青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）26參考文獻1王紹江,魏積利,張仁君, 等. 生姜收獲機械的研究進展. 農(nóng)機科技推廣,2010,(07):532王紹江,張仁君,宗金成. 生姜收獲機械化作業(yè)的研究與探討. 山東農(nóng)化,2010,(06):31-443初旭宏,王俊發(fā),馬瀏軒. 根莖類中藥材收獲機械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2008,(10):32-334吳峰,胡志超,張會娟, 等. 生姜種植與機械化收獲概況. 農(nóng)業(yè)機械,2008,(19):33-345 魏積利、王紹江、王樹森.四驅(qū)自走式生姜收獲機，2010（01）：12-146中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院.農(nóng)業(yè)

51、機械設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1988：102-1107劉寶、張東興、李晶.MZPH820 型單行馬鈴薯收獲機的設計，農(nóng)村牧區(qū)機械化，1995（02）：34-368李寶筏.農(nóng)業(yè)機械學.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：180-1929羅洪明. 輪叉式生姜收獲機具. 2007（09）：05.10于永泗,齊名.機械工程材料.大連：大連理工大學出版社，2010：109-12011王尚紅. 根莖收獲機械的現(xiàn)狀與前景. 山東農(nóng)機,2001,(02):1612 滕麟群.生姜收獲機 20122055988.7，2012（10）13 王之熙,許杏根.機械設計手冊機械.北京：工業(yè)出版社，1997：120-1

52、3214 濮良貴,紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，2006（05）：12215周偉平.機械制造技術(shù). 武漢:華中科技大學出版社，2002：89-9216 孫佑攀,廖宇蘭,陳丹萍.4UMS1 型木薯收獲機的設計農(nóng)機化研究，2012（02）:89-9217 宋言明.單行牽引式馬鈴薯聯(lián)合收獲機的研究與設計，2008（06）：22-2418 馬文烈,王強,劉仁鑫,等.圓盤刀人力割禾器的設計中國農(nóng)機化，2004（05）:48-49青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）27致 謝畢業(yè)論文的尾聲也代表著我們的大學生活將要結(jié)束了，時間過的是如此的快，恍惚間我就要離開這片自己已經(jīng)深深愛上的土地。回

53、首大學四年有過開心、歡笑；有過孤獨、失望；有過努力、拼搏；更有過失敗和打擊，這一切的一切都構(gòu)成了我大學四年最沒好的回憶。不管將來我將來的人生如何，每當我回憶起我能在這樣一個欣欣向榮、生機蓬勃的大學校園里學習過都會感到無比的驕傲和自豪。畢業(yè)設計的過程是枯燥的但也是充滿挑戰(zhàn)的。首先感謝我的指導教師林悅香老師，從課題的選擇、開題報告的撰寫、論文的書寫到圖紙的繪制，她都費勁心血給出了很多建設性和專業(yè)性的指導意見，沒有林老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。其次我要感謝同學們對我的幫助，在此次機具設計及計算的過程中他們給了我很多的幫助。由于此次設計的機械是特種農(nóng)業(yè)機械，所涉及到的內(nèi)容廣、計算量要求大，在做設計時，同學們給了我巨大的支持，使我的論文不斷完善！另外論文完成過程中，同學們都互相鼓勵，探討論文，相互幫助，再一次讓我領悟到了團隊的力量的偉大。 對我來說，經(jīng)過幾個月的不懈努力，終于完成了似乎不可能的任務。當然，這幾個月中，我也付出了辛勤的勞動和汗水。感覺到收獲頗多，但也發(fā)現(xiàn)了自己的不足和欠缺之處。我希望通過不斷地學習，努力能夠使自己變的更加優(yōu)秀，做一個對國家對社會有用的人。鑒于自己的知識水平有限，設計中難免存在缺點和不足，敬請廣大老師和同學們以及讀者批評指正，提出寶貴意見，以便從中汲取經(jīng)驗教訓，加以完善。